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巷道揭露破损水文钻孔的注浆堵水治理实践

作时间:2019-07-11  来源:潞安集团高河能源有限公司  作者:石 强
   
摘 要:高河矿 E1315 进风顺槽掘进过程中揭露 2001 水文钻孔,该钻孔处于带压范围,导通了顶板各砂岩含水层和奥灰水,且位于巷道正中间,给生产和安全都造成影响。 通过在水文钻孔周边施工注浆钻孔封堵顶、底板裂隙,并配合水文钻孔封堵,达到治理水文钻孔突水的目的。
矿井突水是煤矿五大灾害之一,严重影响着矿井职工的生命安全。 矿井未封堵的水文钻孔由于管壁腐蚀、 构造应力破坏以及矿山压力等因素影响,水文钻孔易出现破损突水,给矿井安全生产造成严重威胁 [ 1-2 ] 。 武威 [ 3 ] 等人通过帷幕注浆封堵了导水裂隙等通道,改良隔水层性能;王书荣 [ 4 ] 等人应用止水塞先止水再注浆封堵的技术,顺利完成了水文观测孔的注浆封堵工作,为止水塞的应用及出水钻孔的治理提供了科学方法。 本文通过在破裂出水水文钻孔周边施工注浆钻孔, 对顶底板裂隙进行封堵,对水文钻孔进行封堵,达到防止水文钻孔滞后突水的目的,可为今后水文钻孔的治理提供参考。
1 工程概况
高河矿主采 3 # 煤层, 煤层平均厚 7 m , 倾角1°~7° ,煤层夹矸为炭质泥岩,煤层结构为 5.50( 0.35 ) 1.15 ,煤层顶底板岩性见图 1 。 部分区域直接顶 K 8 砂岩、 K 8 上砂岩、 3 # 煤层顶板砂岩和 K 7 砂岩含水层中等富水, E 1315 进风顺槽沿 3 # 煤层底板掘进, 掘进过程中将穿一段单斜构造和 F E 1 逆断层,进入南漳正断层 F 3 影响区。 经地面瞬变电磁和三维地震探测, 该巷道掘进过程中将出现顶板砂岩淋、滴水。
E 1315 进风顺槽掘进至 1 号横贯前 287 m 处时, 窝头揭露 2001 水文钻孔, 该钻孔套管直径为Φ 127 mm ×8 mm 。 经观测,在距顶板 1.2~1.5 m处,套管接箍处缝隙向外涌水,水量约 2.0 m 3 / h 。 经地质资料分析,该钻孔可能为勘探期间施工的奥灰水文观测孔(孔深 700 m 左右,终孔层位为奥陶系石灰岩)。该巷道揭露钻孔处属带压范围,水压约 2 MPa ,预煤层顶底板岩层性计涌水量 120 m 3 / h 。 根据现场揭露情况分析,该水文孔导通了顶板各砂岩含水层和奥灰水,且位于巷道正中间,给生产和安全造成影响。 需对该孔进行注浆封孔,以避免发生突水事故。
2 注浆堵水钻孔设计
为了防止 2001 水文钻孔破损导通顶板含水层和奥灰水,发生滞后突水事故,需尽快对该孔煤层顶板、底板分别进行注浆封堵。
2.1 钻场准备
加强钻场附近的巷道支护,钻孔周边顶帮部位锚网支护裱褙密实,杜绝帮顶虚空;清理巷道,挖好排水沟,钻场位于巷道低洼处时,配备适应的排水设备;钻孔底板处挖设长( 1.5 m ) × 宽( 1.5 m ) × 深( 0.5 m )施工坑;钻孔两侧 2.5 m 范围的路面用水泥硬化;钻探处彻底清除浮矸、杂物。
2.2 钻孔参数
2001 水文钻孔周围在巷道顶、 底板施工钻孔,与水文钻孔一并形成巷道顶、 底板注浆堵水钻孔。底板初步设计 6 个钻孔、 顶板初步设计 4 个钻孔,钻孔深度 30 m ,孔口 10 m 扩孔安装套管固定。 钻孔参数见表 1 。
巷道顶、低板钻孔参数
2.3 钻孔施工工艺
( 1 )水文钻孔处理施工: ① 在揭露的 2001 水文钻孔套管上中下三段分别安装一套专用管卡,上面的管卡用于施工顶板注浆孔,下面的管卡用于施工底板注浆孔, 中间的管卡用于施工顶底板隔离孔;② 管卡一侧安装配套的专用高压闸阀,闸阀外连接防喷安全仓,安全仓底部开一泄压孔,泄压孔口安装高压球阀, 以利于压力过高时进行泄压分流,防止发生次生事故; ③ 将打孔专用钻头和钻杆连接置于安全仓内,将钻杆专用密封装置密封好后,打开泄压闸阀,在套管上进行打孔; ④ 利用手持式液压钻机和专用钻头,在管卡处分别施工一个钻孔,上、下两个钻孔分别作为顶、底板的注浆孔,中间钻孔采用自制研发的专用密封隔离塞将 2001 套管上下隔离开,以便于顶底、板注浆时互不串浆; ⑤ 注浆孔打好后,将上、下两个钻孔安全仓的泄压阀打开,确保安全后,将安全仓卸下,安装孔口法兰、注浆装置,连接注浆管,准备注浆。
( 2 )顶、底板钻孔施工:开孔孔径为 Φ 94 mm ,钻进 10 m 后下 Φ 89 mm 套管作孔口管, 对套管进行固管加固,安装孔口控水阀门和电接点压力表,做耐压试验。孔口压力要大于 3 MPa ,稳压时间要超过 30 min ,试验周边无卸漏,压力稳定,无底鼓、无片帮、套管无位移。 检测合格后方可换径 Φ 75 mm 钻至终孔(据实际施工情况定)。
( 3 )注浆钻孔的固定及处理: ① 通过专用注浆卡管器向钻孔内进行注浆加固; ② 对 2001 水文钻孔顶、底板套管处进行固定; ③ 固定完成后将套管裸露巷道顶、底板部分分别截断; ④ 施工完成后将底板施工坑填平、上部套管管口封堵。
3 注浆施工设计
3.1 注浆设备
利用 2001 水文钻孔附近 E 1315 运输顺槽作为井下临时注浆站。 注浆设备采用 BW -250/7 型泥浆泵,注浆泵后放置搅拌一体机,靠近搅拌一体机后巷帮作为储灰场。 整个场地顶帮锚网支护完整。
3.2 注浆压力
根据 2001 水文钻孔涌水压力为 2.0 MPa ,注浆压力要大于水压的 1.5 倍,即注浆终压要大于 3 MPa ;条件许可时,可适当提高注浆压力。
3.3 注浆材料
( 1 )采用 42.5 R 普通硅酸盐早强水泥,质量符合国家 GB 175-92 标准, 不得使用受潮结块的水泥或过期的水泥。
( 2 )根据注浆需要,适当添加水泥快速融合剂、水泥膨胀剂、沉降剂等,注浆量过大时,添加适量的骨料。
( 3 )造浆用水水质须满足国家混凝土拌合用水质量标准,其 SO 4-2 含量应 <1 % , PH 应 >4 。
3.4 注浆工艺
( 1 )注浆系统:利用井下注浆场地进行造浆,通过注浆管向钻孔内压注水泥浆液或混合浆液。
( 2 )注浆方式:正常采用连续性注浆;如周围巷道或钻孔出现异常情况,可采用间歇注浆,并及时汇报。
( 3 )注浆原则: 在通道正常的情况下,注浆原则,应先稀后稠,再稀,特殊情况结合实际注浆情况,选择决定浆液细微的变化调整。 注浆必须严格结合钻孔的实际条件进行浆液配比,禁止盲目配比浆液比重;如需注化学浆液,必须做注前化学浆液流距测试,并掌控化学浆液的性能,否则禁止盲目注浆。
4 注浆堵水施工情况
本次 2001 水文钻孔注浆堵水施工, 总计注浆水泥量为 42.5 t ,注浆压力为 7 MPa ,凝固 48 h 后对注浆钻孔进行了检查,水泥浆凝固。 注浆阀门打开后无出水,自注浆孔眼向下 21.8 m 段为空,向上3 m 为空。 确定现场安全后,按制定的割管安全技术措施进行割管作业,并对现场顶、底板套管进行了加固。 后期观察该水文钻孔未出现突水现象,加固见图 2 。
( a )顶板顶、底板套管加固
5 结语
高河矿 E 1315 进风顺槽掘进过程中揭露 2001水文钻孔,该钻孔破损,且处于带压范围,导通了顶板各砂岩含水层和奥灰水。 在该水文钻孔周边施工注浆钻孔封堵顶、底板裂隙,并配合水文钻孔封堵防止水文钻孔滞后突水。 总计注浆水泥量为 42.5 t ,注浆压力 7 MPa , 凝固 48 h 后对注浆钻孔进行了检查,水泥浆凝固,注浆阀门打开后无出水,现场确定安全后,对套管进行割管并加固,后期观察该水文钻孔未发生突水现象。
 
 
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